Si on veut comprendre l'origine des aurores et les sous orages, il faut étudier l'activité du champ magnétique, des courants électriques et du plasma dans la magnétosphère.
Les modifications du champ magnétique sont importantes essentiellement dans la queue de la magnétosphère à des distances supérieures à 30 000 km (6 rayons terrestres).
Le champ magnétique échange de l'énergie avec le plasma de la magnétosphère. C'est lui qui est à l'origine de l'accélération des électrons permettent le déclenchement des aurores.
Il y a une version en mpeg (927 ko) et une en
quick time (fichier .mov, assez gros, 8,3 Mo, mais plus beau).
(utilisateurs de PC, si vous ne parvenez pas a ouvrir ces fichiers,
cliquez sur le bouton droit de la souris. Un menu apparait ;
cliquez sur "enregistrer la cible sous...", choisissez un repertoire,
puis cliquez sur "ouvrir" une fois le fichier téléchargé).
Initialement, le champ magnétique magnétosphérique est analogue à celui de l'image ci-dessus. Les lignes de champ (en vert) sont assez "arrondies". On dit que c'est une configuration de type dipolaire, car la composante dipolaire du champ magnétique est assez importante.
Dans la phase de croissance, le champ magnétique dans la queue prend une configuration très allongée. Les lignes de champ deviennent presque des droites. On dit que le champ prend une configuration de type queue.
Le développement d'un champ étiré est du au remplissage de la région où le champ magnétique est le plus faible (indiquée en rouge). Cette couche se remplit de plasma. Le plasma engendre un courant électrique qui est à l'origine de l'étirement des lignes de champ magnétique.
Mais il vient un moment où la couche de plasma, de plus en plus dense et de plus en plus fine, devient instable. Il se produit alors une interruption du courant électrique porté par cette couche. La façon précise dont cette interruption a lieu est le sujet de bien des discussions au sein de la communauté scientifique.
L'interruption de courant provoque une modification locale du champ magnétique.
L'énergie contenue dans le champ magnétique diminue brusquement (la configuration avec un courant élevé contient plus d'énergie qu'une configuration de type dipolaire).
Cette énergie libérée est absorbée par les particules du plasma : des électrons et des protons. Ces particules gagnent de l'énergie cinétique, c'est à dire qu'elles sont accélérées (les particules accélérées sont représentées en rouge).
Ces particules quittent la zone d'interuption du courant. Elles suivent (grosso-modo) les lignes de champ magnétique (lignes vertes).
Les particules qui partent vers la Terre arrivent (en suivant les lignes de champ) dans les régions aurorales. Un grand nombre d'entre elles ont assez d'énergie pour atteindre l'ionosphère à grande vitesse.
Ces particules, en rencontrant les atomes et les ions de l'ionosphère, engendrent les phénomènes lumineux à l'origine des aurores polaires.
L'activation des premières aurores brillantes correspond au déclenchement du sous orage.
Pendant la phase d'expansion, la région d'interruption de la couche de courant se propage dans la direction opposée au Soleil. Les phénomènes d'accélération mentionés ci-dessus continuent de se produire, dans des régions magnétosphériques de plus en plus éloignées de la Terre.
Des particules émises depuis ces régions éloignées de la magnétosphère atteignent l'ionosphère, en suivant les lignes de champ magnétique. Les lignes de champ magnétique correpondant à ces régions magnétosphériques éloignées sont reliées à des régions ionosphériques de plus haute latitude que là où avait lieu le déclenchement.
C'est pour cela que pendant la phase d'expansion, des aurores de plus haute latitude sont activées.
Notons que les particules vont aussi bien vers l'hémisphère nord que vers l'hémisphère sud de la Terre. C'est pour cela qu'il y a à la fois des aurores boréales et des aurores australes.
Lors de la phase de recouvrement,
il ne se produit plus de nouvelle
interuption de courant. Mais la queue magnétosphérique est
en grand désordre,
il y a de la turbulence. Au bout de quelques dizaines de minutes, tout rentre
dans l'ordre, et le champ magnétique finit par retrouver
une configuration de type
dipolaire.
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